JP2006017495A - 煤検出装置及び煤検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 放電現象における放電電流の小さい領域において、検出素子の両電極間の煤に起因して当該両電極間に絶縁破壊が生ずるという現象を有効に活用して、当該煤の量の多少にかかわらず、両電極の摩耗を最小限に抑制しつつ、煤或いはその濃度を適正に検出するようにした煤検出装置及び煤検出方法を提供する。
【解決手段】 検出素子１００が両電極１２１、１３２にてディーゼルエンジンの排気ガスに晒された状態にて、昇圧回路２４０がマイクロコンピュータ２１０による制御のもと、両電極１２１、１３２間に、互いに異なる時期にてそれぞれ高電圧を印加する。マイクロコンピュータ２１０は、上述の互いに異なる時期における高電圧の各印加に伴い両電極１２１、１３２間に生ずる各電圧の差に基づき当両電極１２１、１３２間の煤の存在を判定し、煤が存在するとの判定に伴い、両電極１２１、１３２間の煤を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、煤検出装置及び煤検出方法に関するものである。

従来、この種の煤検出装置としては、下記非特許文献１に開示された煤検出装置がある。この煤検出装置では、スパークプラグ型検出素子の両電極のうち負側電極に付着する煤の量が、当該両電極間の放電で除去される量よりも増大すると、両電極間の放電現象がグロー放電からアーク放電に遷移するという放電遷移現象を利用して、当該煤が、グロー放電からアーク放電への遷移に伴う放電電圧の変化に基づき検出されるようになっている。
W.D.E. Allan, R.D. Freeman, G.R. Pucher, D. Faux and M.F. Bardon,「DEVELOPMENTOF A SMOKE SENSOR FOR DIESEL ENGINES, Royal Military College of Canada, D.P. Gardiner, Nexum Research Corporation, p.1-12, Powertrain & Fluid Systems Conference, October 27-30, 2003

しかしながら、このような煤検出装置では、両電極間の煤の検出にあたり、上述のように、グロー放電からアーク放電への放電遷移現象による放電電圧の変化が利用されているため、負側電極への付着煤量が、当該両電極間の放電で除去される量よりも増大するまでは、煤が検出されないという不具合を招く。

また、電極間に煤がないときには、常に、グロー放電による電流が当該両電極間に流れる。そして、このような状態において、当該両電極間に煤が入り込むと、より放電電流の大きなアーク放電が生じる。その結果、電極が摩耗し易く、検出素子の耐久性の低下を招くという不具合も生ずる。

そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、放電電流の小さい火花放電領域において、検出素子の両電極間の煤に起因して当該両電極間に絶縁破壊が生ずるという現象を有効に活用して、当該煤の量にかかわらず、両電極の摩耗を最小限に抑制しつつ、煤或いはその濃度を適正に検出するようにした煤検出装置及び煤検出方法を提供することを目的とする。

上記課題の解決にあたり、本発明に係る煤検出装置は、請求項１の記載によれば、
電気絶縁体（１１０）と、この電気絶縁体に設けられる少なくとも一対の電極（１２１、１３２）とを有する検出素子（１００）と、
この検出素子が一対の電極にて被検出ガスに晒された状態にて、当該一対の電極間に、第１及び第２の時期にてそれぞれ電圧を印加する電圧印加手段（３１０、３２０、３８０、３９０、２４０）と、
上記第１及び第２の時期における上記電圧の各印加に伴い一対の電極間に生ずる各電気的出力に基づき当該一対の電極間における煤の存在を判定する判定手段（３３０、３５０、３５１、３５２）とを備えて、
この判定手段による煤が存在するとの判定に伴い、一対の電極間の煤を検出する。

これにより、上記第１及び第２の時期の一方において一対の電極間に電圧を印加したとき、一対の電極間に煤があれば、当該一対の電極間には火花放電が発生する。このため、当該一対の電極間には、上記電圧よりも低い放電電圧等の電気的出力が発生する。

また、上記第１及び第２の時期の他方において一対の電極間に電圧を印加したとき、一対の電極間に煤がなければ、一対の電極間には火花放電は発生しないか或いはより一層高い電圧で火花放電が発生する。従って、このときの電気的出力は、上記煤があるときの火花放電に起因する電気的出力とは大きく相違する。

逆に、上記第１及び第２の時期の一方において一対の電極間に電圧を印加したとき、一対の電極間に煤がなければ、一対の電極間には火花放電は発生しないか或いはより一層高い電圧で火花放電が発生する。このときの電気的出力は、上記煤があるときの火花放電に起因する電気的出力とは大きく相違する。また、上記第１及び第２の時期の他方において一対の電極間に電圧を印加したとき、一対の電極間に煤があれば、当該一対の電極間には、火花放電が発生して、上記電圧よりも低い放電電圧等の電気的出力が発生する。

このように、一対の電極間における煤の有無によって、当該一対の電極間に生ずる電気的出力に差が生ずる。従って、このような差を生ずる各電気的出力があるとき、一対の電極間において煤が存在すると判定され、この判定に伴い一対の電極間の煤が検出される。

ここで、上述の火花放電は、放電電流の小さい火花放電領域（例えば、タウンゼント放電からグロー放電への遷移域に入る過程）において、一対の電極間の煤に起因して発生する。そして、当該火花放電は、一対の電極間の煤の量にかかわらず発生する。その結果、一対の電極間の煤の量にかかわらず、当該煤を適正に検出し得る。

また、放電電流はアーク放電時の放電電流よりも小さい。従って、火花放電による放電電流に基づく一対の電極の摩耗は最小限に抑制され得る。その結果、検出素子の耐久性、ひいては煤検出装置の耐久性が向上する。

また、本発明に係る煤検出方法では、請求項２の記載によれば、
電気絶縁体（１１０）及びこの電気絶縁体に設けられる少なくとも一対の電極（１２１、１３２）を有する検出素子（１００）が一対の電極にて被検出ガスに晒された状態において、一対の電極間に第１及び第２の時期にてそれぞれ電圧を印加し、
上記第１及び第２の時期における上記電圧の各印加に伴い一対の電極間に生ずる各電気的出力に基づき一対の電極間の煤の有無を検出する。

これにより、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を達成し得る煤検出方法の提供が可能となる。

また、本発明では、請求項３の記載によれば、請求項２に記載の煤検出方法において、
一対の電極間において煤が存在しない状態で絶縁破壊を生ずる電圧よりも低く定めた所定の電圧を、上記電圧として、上記第１及び第２の時期にてそれぞれ一対の電極間に印加するようにしたことを特徴とする。

このように、一対の電極間において煤が存在しない状態で絶縁破壊を生ずる電圧よりも低く定めた所定の電圧を、上記電圧とすることで、請求項２に記載の発明の作用効果がより一層向上し得る。

また、本発明では、請求項４の記載によれば、請求項２に記載の煤検出方法において、
経時的に徐々に上昇する電圧を、上記電圧として、上記第１及び第２の時期にてそれぞれ一対の電極間に印加し、
上記第１及び第２の時期における上記電圧の各印加に伴い一対の電極間に生ずる各電気的出力が当該一対の電極間に絶縁破壊を生じさせる各電気的出力に達したときこの各電気的出力に基づき一対の電極間の煤の有無を検出するようにしたことを特徴とする。

このように、経時的に徐々に上昇する電圧を上記電圧とすることで、一対の電極間に生ずる各電気的出力が当該一対の電極間に絶縁破壊を生じさせる各電気的出力に達するまで、上記第１及び第２の時期において上記電圧の各印加が継続される。

従って、検出素子の周囲の湿度や温度等に変動があっても、一対の電極間に絶縁破壊を確実に生じさせる。その結果、一対の電極間における煤の有無による電気的出力の差が確保されることから、請求項２に記載の発明の作用効果がより一層向上し得る。

また、本発明では、請求項５の記載によれば、請求項２〜４のいずれか１つに記載の煤検出方法において、
所定の単位時間あたりにおける一対の電極間に煤有りとの検出回数に基づき、一対の電極間の煤濃度と上記煤有りとの検出回数との間の所定の関係から上記煤濃度を検出するようにしたことを特徴とする。

これにより、請求項２〜４のいずれか１つに記載の発明の作用効果を達成しつつ、一対の電極間の煤濃度を適正に検出し得る。

ここで、一対の電極間の煤濃度と上記煤有りとの検出回数との間には、所定の関係が成立する。その結果、一対の電極間の煤濃度は適正に検出され得る。

また、本発明では、請求項６の記載によれば、請求項２〜４のいずれか１つに記載の煤検出方法において、
一対の電極間に生ずる電圧、電流、抵抗或いは静電容量を上記電気的出力として一対の電極間の煤の有無を検出するようにしたことを特徴とする。

これにより、請求項２〜４のいずれか１つに記載の発明の作用効果がより具体的に達成され得る。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の各実施形態を図面により説明する。
(第１実施形態)
図１〜図３は、本発明に係るスパークプラグ型煤検出装置の第１実施形態を示しており、この煤検出装置は、スパークプラグ型検出素子１００（図１及び図２参照）及び制御回路２００（図３参照）により構成されている。

検出素子１００は、電気絶縁部材１１０、金属ロッド１２０、主体金具１３０及びヒータ１４０を備えている。電気絶縁部材１１０は、セラミック等の電気絶縁材料でもって円筒状に形成されている。金属ロッド１２０は、電気絶縁部材１１０内に同軸的に挿通支持されており、当該金属ロッド１２０の上端部は、中心側電極１２１（以下、中心電極１２１ともいう）として、電気絶縁部材１１０の上端部１１１から外方へ円柱状に突出している。また、金属ロッド１２０の下端部は、ターミナル１２２として、電気絶縁部材１１０の下端部１１２から外方へ突出している。

主体金具１３０は、円筒状金具部１３１及び外側電極１３２を備えており、金具部１３１は、電気絶縁部材１１０の中間部位に外方から同軸的に嵌装されている。また、外側電極１３２は、金具部１３１の上端部から同軸的にかつコ字状に延出しており、この外側電極１３２は、その上壁１３３の中央部にて、内側電極１２１の上端部に対向している。なお、本第１実施形態では、外側電極１３２は、陰極として用いられる。これに伴い、内側電極１２１は陽極として用いられる。

ここで、本第１実施形態では、中心電極１２１と外側電極１３２の上壁１３３との間のギャップは、１０（μｍ）以上１（ｍｍ）未満であることが望ましい。当該ギャップが１０（μｍ）未満であると、両電極１２１、１３２が煤の凝縮でもって電気的に短絡し易い。一方、上記ギャップが１（ｍｍ）以上であると、両電極１２１、１３２間に絶縁破壊を生じさせるに必要な電圧が不必要に高くなってしまう。

また、外側電極１３２の形成材料としては、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４３０）が採用されている。一方、内側電極１２１の形成材料としては、イリジウム系合金が採用されている。なお、このイリジウム系合金に限ることなく、白金或いはロジウムを含有する金属であってもよい。

ヒータ１４０は、ニクロム線等の加熱金属線でもって、電気絶縁部材１１０の上端部１１１に同軸的に巻装されており、このヒータ１４０は、外側電極１３２よりも内側において、外側電極１３２と共に電気絶縁部材１１０の上端部１１１を包囲している。しかして、ヒータ１４０は、その駆動により、発熱して両電極１２１、１３２間の領域を加熱する。

制御回路２００は、図３にて示すごとく、マイクロコンピュータ２１０を備えており、このマイクロコンピュータ２１０は、操作スイッチ２２０を通し直流電源２３０から給電されて作動状態となり、図４にて示すフローチャートに従い主制御プログラムを実行するとともに、図５にて示すフローチャートに従い副制御プログラムを実行する。

そして、マイクロコンピュータ２１０は、上記主制御プログラムの実行中において、昇圧回路２４０への出力処理、抵抗２５０の端子電圧の入力処理や煤の有無判定処理等の種々の処理を行う。また、マイクロコンピュータ２１０は、上記副制御プログラムの実行中において、煤の濃度算出に要する処理を行う。

本第１実施形態では、上記副制御プログラムが、割り込み制御プログラムとして採用されており、この副制御プログラムは、所定の割り込み時間（例えば、５（秒））の経過毎に、マイクロコンピュータ２１０により割り込み実行される。ここで、マイクロコンピュータ２１０は、ソフトタイマーを内蔵しており、このソフトタイマーは、マイクロコンピュータ２１０の作動に伴い上記所定の割り込み時間の計時を開始し、この計時終了毎に当該所定の割り込み時間の計時を開始する。なお、上記主制御プログラムは、上記副制御プログラムと共に、マイクロコンピュータ２１０のＲＯＭに予め当該マイクロコンピュータにより読み出し可能に記憶されている。

操作スイッチ２２０は、その閉成により、直流電源２３０からマイクロコンピュータ２１０に給電させる。また、操作スイッチ２２０は、その開成により、マイクロコンピュータ２１０を直流電源２３０から遮断する。

昇圧回路２４０は、マイクロコンピュータ２１０から出力される矩形波電圧（後述する）を昇圧し矩形波高電圧として検出素子１００の中心電極１２１と外側電極１３２との間に印加する。ここで、当該矩形波電圧は、両電極１２１、１３２間において煤が存在しない状態で絶縁破壊を生ずる電圧よりも低く、かつ、当該一対の電極１２１、１３２間において煤が存在する状態で絶縁破壊を生ずる電圧以上の電圧に設定されている。なお、本第１実施形態では、昇圧回路２４０として、例えば、単相の昇圧変圧器が採用されている。

抵抗２５０は、昇圧回路２４０と中心電極１２１との間において当該昇圧回路２４０及び中心電極１２１に直列接続されており、この抵抗２５０には、両電極１２１、１３２間に流れる放電電流が流れる。このため、当該抵抗２５０は、両電極１２１、１３２間に流れる放電電流に比例する電圧を検出し端子電圧（以下、検出電圧ともいう）としてマイクロコンピュータ１２０に入力する。なお、当該端子電圧とは、抵抗２５０の両端子間に生ずる電圧をいう。

ヒータ駆動回路２６０は、マイクロコンピュータ２１０による制御のもとヒータ１４０を駆動する。

以上のように構成した本第１実施形態において、検出素子１００が、自動車用ディーゼルエンジンの排気管内に配置されているものとする。このような状態で、上記ディーゼルエンジンが作動すると、検出素子１００の外側電極１３２及び中心電極１２１が上記ディーゼルエンジンの作動により上記排気管内に排出される排気ガス中に晒される。ここで、当該排気ガスは、煤を含むガスとして上記排気管内を流れる。

このような状態において、操作スイッチ２２０を閉成すると、マイクロコンピュータ２１０は、直流電源２３０から給電されて作動する。これに伴い、マイクロコンピュータ２１０は、図４のフローチャートに従い上記主制御プログラムの実行を開始する。また、当該マイクロコンピュータ２１０は、上記ソフトタイマーの計時終了毎に、図５のフローチャートに従い上記副制御プログラムの割り込み実行を開始する。

しかして、上述のように主制御プログラムの実行が開始されると、図４のステップ３００において、マイクロコンピュータ２１０の内部が初期化される。このとき、マイクロコンピュータ２１０のＲＯＭに予め記憶してある所定の電圧が初期の検出電圧として当該ＲＯＭから読み出される。但し、当該所定の電圧は、検出素子１００の両電極１２１、１３２間において煤が存在する場合の電圧に相当する。

ステップ３００における処理後、ステップ３１０において、矩形波電圧の出力時期か否かについて判定される。ここで、当該出力時期は、ステップ３００における初期化の処理後、所定の時間間隔（例えば、０．０５（秒））毎に到来するように設定されている。

しかして、ステップ３１０において、矩形波電圧の出力時期の到来によりＹＥＳと判定されると、次のステップ３２０において、矩形波電圧出力処理がなされる。これに伴い、矩形波電圧が直流電源２３０からの給電に基づき形成されてマイクロコンピュータ２１０から昇圧回路２４０に出力される。

すると、この昇圧回路２４０が、マイクロコンピュータ２１０からの矩形波電圧を所定の高電圧（例えば、１０００（Ｖ））に昇圧し、矩形波高電圧Ｖａ（図６にて符号１参照）として抵抗２５０を介し検出素子１００の両電極１２１、１３２間に印加する。

本第１実施形態では、上述した矩形波高電圧Ｖａは、両電極１２１、１３２間に煤がないとき両電極１２１、１３２間に絶縁破壊を生じさせず、両電極１２１、１３２間に煤があるとき両電極１２１、１３２間に絶縁破壊を生じさせる電圧に相当する。

現段階において、上記排気管に排出される排気ガス中に含まれる煤が両電極１２１、１３２間に存在しなければ、両電極１２１、１３２間には絶縁破壊が生じない。このため、両電極１２１、１３２間には放電電流が流れず、抵抗２５０の検出電圧は零電圧としてマイクロコンピュータ２１０に入力される。

ついで、ステップ３４０において、検出電圧の記憶処理がなされる。この記憶処理では、ステップ３３０における入力検出電圧が零電圧としてマイクロコンピュータ２１０のＲＡＭに記憶される。

然る後、ステップ３５０において、ステップ３４０で上記ＲＡＭに記憶済みの検出電圧が、今回の検出電圧として、先回の検出電圧よりも高いか否かについて判定される。現段階では、先回の検出電圧はないので、当該先回の検出電圧として、ステップ３００で読み出し済みの初期の検出電圧が採用される。

しかして、当該今回の検出電圧（＝零電圧）が上記初期の検出電圧よりも低いことから、ステップ３５０において、ＮＯと判定され、次のステップ３５１において、両電極１２１、１３２間には煤が存在しないと判定される。ついで、ステップ３６０において、ステップ３５１における煤なしとの判定結果が、煤なしデータとしてマイクロコンピュータ２１０のＲＡＭに記憶される。

然る後、矩形波電圧の出力時期が再び到来することで、ステップ３１０においてＹＥＳと判定されると、上述と同様に、ステップ３２０において、矩形波電圧がマイクロコンピュータ２１０から昇圧回路２４０に出力される。これに伴い、当該昇圧回路２４０が、マイクロコンピュータ２１０からの矩形波電圧を上記所定の高電圧に昇圧し、矩形波高電圧Ｖａとして抵抗２５０を介し検出素子１００の両電極１２１、１３２間に印加する。

現段階において、上記排気管に排出される排気ガス中に含まれる煤が両電極１２１、１３２間に存在していれば、両電極１２１、１３２間において絶縁破壊が生ずる。この絶縁破壊に伴い、両電極１２１、１３２間には、火花放電が発生して放電電圧が発生する。

ここで、この放電電圧は、矩形波高電圧Ｖａよりも低下している。また、当該火花放電は、上述のごとく、放電現象のうちタウンゼント放電からグロー放電への遷移域において発生する。従って、上述のように火花放電の発生に伴い流れる放電電流は、グロー放電やアーク放電で流れる放電電流よりも小さいのは勿論のこと、一般的な放電電流としても小さい。このため、火花放電の発生に伴い流れる放電電流に起因して生ずる両電極１２１、１３２の摩耗が、最小限に抑制され得る。その結果、当該煤検出装置の耐久性を高めることができる。

しかして、上述のように放電電圧が発生すると、放電電流が抵抗２５０を通り両電極１２１、１３２間に流れる。このため、抵抗２５０は当該放電電流に比例する電圧を検出し、検出電圧Ｖｂ（図７にて符号２参照）としてマイクロコンピュータ２１０にステップ３３０において入力する。ついで、ステップ３４０において、検出電圧の記憶処理がなされる。この記憶処理では、ステップ３３０における入力検出電圧Ｖｂがマイクロコンピュータ２１０のＲＡＭに記憶される。

然る後、ステップ３５０において、ステップ３４０で上記ＲＡＭに記憶済みの検出電圧Ｖｂが、今回の検出電圧として、先回の検出電圧、即ち、ステップ３４０にてＲＡＭに記憶済みの検出電圧よりも高いか否かについて判定される。

しかして、今回の検出電圧Ｖｂは、先回の検出電圧（＝零電圧）よりも高いことから、ステップ３５０においてＹＥＳと判定され、ステップ３５２において、両電極１２１、１３２間に煤ありと判定される。この判定に伴い、ステップ３６０において煤ありデータがマイクロコンピュータ１２０のＲＡＭに記憶される。

以後、矩形波電圧の出力時期の到来毎に、ステップ３１０〜ステップ３６０の処理が繰り返される。そして、このような繰り返し処理では、ステップ３５０にてＮＯと判定される毎に、ステップ３５１において両電極１２１、１３２間には煤なしと判定され、ステップ３６０において煤なしデータがマイクロコンピュータ２１０のＲＡＭに記憶される。一方、ステップ３５０にてＹＥＳと判定される毎に、ステップ３５２において両電極１２１、１３２間には煤ありと判定され、ステップ３６０において煤ありデータがマイクロコンピュータ２１０のＲＡＭに記憶される。

上述のような主制御プログラムの実行中において、図５のフローチャートに従い上記副制御プログラムの割り込み実行が開始されると、ステップ４００において、煤ありとの判定データ抽出処理がなされる。ここでは、マイクロコンピュータ２１０のＲＡＭの記憶データのうち所定時間（例えば、５（秒））の間に当該ＲＡＭに記憶された各煤ありデータが抽出される。

ついで、ステップ４１０において、煤ありデータ数の算出処理がなされる。この算出処理では、ステップ４００において抽出された煤ありデータの数が放電回数として算出される。然る後、ステップ４２０において、煤濃度算出処理がなされる。この煤濃度算出処理では、煤濃度が、ステップ４００における放電回数に基づき、煤濃度−放電回数特性（図８参照）を用いて算出される。

ここで、上記煤濃度−放電回数特性について説明する。両電極１２１、１３２間の放電状態を単位時間（例えば、５（秒））の間においてオシロスコープで調べてみたところ、図９〜図１２にて示すグラフが得られた。図９は、煤濃度を零としたときのグラフを示し、図１０は、煤濃度を２．７（ｍｇ／ｍ³）としたときのグラフを示す。また、図１１は、煤濃度を８．２（ｍｇ／ｍ³）としたときのグラフを示し、図１２は、煤濃度を１５（ｍｇ／ｍ³）としたときのグラフを示す。図１０〜図１２において、短い線分３は、両電極１２１、１３２間に放電を生じてない波形を表し、長い線分４は、両電極１２１、１３２間に煤が存在するときに放電を生じている波形を表す。なお、図９〜図１１において、短い線分３は、図示の便宜上、部分的に二点鎖線で略示されている。

これら図９〜図１２の各グラフによれば、図９では、両電極１２１、１３２間に放電が発生しないことが分かる。また、図１０〜図１２では、煤濃度が増大する程両電極１２１、１３２間の放電回数が増大することが分かる。

しかして、図９〜図１２の各グラフを用いて、煤濃度と放電回数との関係を調べてみたところ、図８にて示すような煤濃度−放電回数特性がグラフとして得られた。従って、この煤濃度−放電回数特性を利用すれば、煤濃度が放電回数に基づき算出されることが分かる。そこで、本第１実施形態では、上記煤濃度−放電回数特性がマイクロコンピュータ２１０のＲＯＭに予め記憶されている。

しかして、ステップ４２０において、両電極１２１、１３２間の煤濃度が、上記煤濃度−放電回数特性を用いて、ステップ４１０における煤ありデータ数、即ち、放電回数に基づき算出される。このように算出された煤濃度は、ステップ４３０において出力される。このことは、当該煤検出装置が、ステップ４３０での出力煤濃度でもって、両電極１２１、１３２間の煤濃度を検出することを意味する。

ここで、上述したごとく、両電極１２１、１３２間に煤が存在する場合には、火花放電が、当該両電極１２１、１３２間においてタウンゼント放電からグロー放電への遷移域に入る過程において生ずる。そして、この火花放電は、両電極１２１、１３２間の煤の量にかかわらず発生する。また、このことは、上記煤濃度−放電回数特性において、煤濃度が０（ｍｇ／ｍ³）から１５（ｍｇ／ｍ³）に亘っていることに反映されている。従って、両電極１２１、１３２間の煤濃度が低くても、当該煤濃度が適正に検出され得る。

また、当該煤検出装置では、煤濃度の検出原理が簡単であり、しかも、当該煤検出装置の構造が単純である。従って、小型で安価な煤検出装置が提供され得る。

また、上述のように検出される煤濃度がディーゼルエンジンの燃料制御システムにフィードバックされることで、当該ディーゼルエンジンにおける燃焼制御が良好になされ得る。

また、当該煤検出装置が煤捕集器の後部に配設されれば、上記検出煤濃度の利用でもって、当該煤捕集器の劣化状態が良好に検出され得る。

また、本第１実施形態では、ヒータ１４０が、マイクロコンピュータ２１０による制御のもと、両電極１２１、１３２における煤の有無にかかわりなく、ヒータ駆動回路２６０により駆動されて、両電極１２１、１３２の温度を一定温度に維持するとともに、当該両電極１２１、１３２間領域を加熱する。従って、両電極１２１、１３２間に煤が存在すれば、当該煤はヒータ１４０により焼き切られる。
（第２実施形態）
図１３〜図１５は、本発明の第２実施形態の要部を示している。この第２実施形態では、
図１３にて示すフローチャートが、上記第１実施形態にて述べた主制御プログラム（図４参照）に代えて、採用されている。従って、本第２実施形態では、上記第１実施形態にて述べたマイクロコンピュータ２１０は、上記主制御プログラムを図１３のフローチャートに従い実行するように変更されている。

また、昇圧回路２４０は、上記第１実施形態にて述べた矩形波電圧とは異なり、マイクロコンピュータ２１０から後述のように出力されるランプ波形電圧を昇圧してランプ高電圧として検出素子１００の両電極１２１、１３２間に印加する。

但し、本第２実施形態では、両電極１２１、１３２間に絶縁破壊が発生するまで、マイクロコンピュータ２１０は、直流電源２３０からの給電に基づきランプ波形電圧を形成するとともにランプ形状にて上昇させる。従って、昇圧回路２４０は、マイクロコンピュータ２１０からのランプ波形電圧の上昇に合わせてランプ高電圧を上昇させるようになっている。その他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

このように構成した本第２実施形態において、上記第１実施形態と同様に、検出素子１００が、外側電極１３２及び中心電極１２１にて、上記ディーゼルエンジンの作動により上記排気管内に排出される排気ガス中に晒されているものとする。

このような状態において、操作スイッチ２００を閉成すると、マイクロコンピュータ２１０は、その作動に伴い、図１３のフローチャートに従い上記主制御プログラムの実行を開始する。また、当該マイクロコンピュータ２１０は、上記第１実施形態と同様に、上記ソフトタイマーの計時終了毎に、図５のフローチャートに従い上記副制御プログラムの割り込み実行を開始する。

しかして、上述のような実行開始後、上記主制御プログラムが、図１３のステップ３８０に進むと、ランプ波形電圧の出力時期か否かにつき判定される。このステップ３８０において、ランプ波形電圧の出力時期の到来によりＹＥＳと判定されると、次のステップ３９０において、ランプ波形電圧出力処理がなされる。これに伴い、ランプ波形電圧が直流電源２３０からの給電に基づき形成されてマイクロコンピュータ２１０から昇圧回路２４０に出力される。

すると、当該昇圧回路２４０が、マイクロコンピュータ２１０からのランプ波形電圧を昇圧し、ランプ高電圧（図１４にて符号５参照）として抵抗２５０を介し検出素子１００の両電極１２１、１３２間に印加する。ここで、両電極１２１、１３２間に絶縁破壊が生ずるまで、昇圧回路２４０からのランプ高電圧は、マイクロコンピュータ２１０からのランプ波形電圧の上昇に合わせて上昇する。

従って、現段階にて両電極１２１、１３２間に煤がなければ、昇圧回路２４０からのランプ高電圧は、両電極１２１、１３２間における上記排気ガスの絶縁破壊まで上昇する。このとき、両電極１２１、１３２間で放電が生じ、上記ランプ高電圧の上昇は、図１４にて符号５にて示すピークレベルＶｃにおいて、停止する。なお、ピークレベルＶｃを有するランプ高電圧は、以下、ランプ高電圧Ｖｃともいう。

上述のように両電極１２１、１３２間に放電が生ずると、放電電流が抵抗２５０を通り両電極１２１、１３２間に流れる。このため、抵抗２５０が、当該放電電流に比例する電圧を検出し検出電圧Ｖｄ（図１５にて符号６参照）としてマイクロコンピュータ２１０にステップ３３０において入力する。ついで、ステップ３４０において、ステップ３３０における入力検出電圧Ｖｄがマイクロコンピュータ２１０のＲＡＭに記憶される。ついで、ステップ３５０におけるＮＯとの判定処理、ステップ３５１における煤なしとの判定処理、ステップ３６０での煤なしデータの記憶処理が上記第１実施形態にて述べたと同様になされる。

然る後、ステップ３８０においてランプ波形電圧の出力時期が再び到来することで、ステップ３８０でＹＥＳと判定されると、上述と同様に、ステップ３９０において、ランプ波形電圧がマイクロコンピュータ２１０から昇圧回路２４０に出力される。すると、当該昇圧回路２４０が、マイクロコンピュータ２１０からのランプ波形電圧を昇圧し、ランプ高電圧として抵抗２５０を介し検出素子１００の両電極１２１、１３２間に印加する。

現段階において、上記排気管に排出される排気ガス中に含まれる煤が両電極１２１、１３２間に存在していれば、両電極１２１、１３２間において絶縁破壊が生ずる。この絶縁破壊に伴い、両電極１２１、１３２間には、火花放電が発生する。

ここで、上述のように両電極１２１、１３２間に生ずる放電電圧のピークレベルは、ランプ高電圧Ｖｃ（図１４参照）のピークレベルよりも低下している。また、上記第１実施形態にて述べたと同様に、上述のように火花放電の発生に伴い流れる放電電流は、グロー放電やアーク放電で流れる放電電流よりも小さいことは勿論のこと、一般的な放電電流よりも小さい。従って、火花放電の発生に伴い流れる放電電流に起因する両電極１２１、１３２の摩耗が最小限に抑制され得る。その結果、当該煤検出装置の耐久性が向上する。

しかして、上述のように放電電圧が発生すると、放電電流が抵抗２５０を通り両電極１２１、１３２間に流れる。これに伴い、抵抗２５０は、当該放電電流に比例する電圧を検出し検出電圧Ｖｅ（図１５にて符号７参照）としてマイクロコンピュータ２１０にステップ３３０において入力する。ついで、ステップ３４０において、検出電圧の記憶処理がなされる。この記憶処理では、ステップ３３０における入力検出電圧Ｖｅがマイクロコンピュータ２１０のＲＡＭに記憶される。

然る後、上記第１実施形態にて述べたと同様に、ステップ３５０におけるＹＥＳとの判定処理、ステップ３５１における煤ありとの判定処理、ステップ３６０での煤ありデータの記憶処理がなされる。

以後、上述と同様にして、ランプ波形電圧の出力時期の到来毎に、ステップ３８０〜ステップ３６０までの処理が繰り返される。このような繰り返し処理では、ステップ３５０においてＹＥＳと判定されれば、ステップ３５２における煤ありとの判定のもと、ステップ３６０において煤ありデータがＲＡＭに記憶される。また、ステップ３５０においてＮＯと判定されれば、ステップ３５１における煤なしとの判定のもと、ステップ３６０において煤なしデータがＲＡＭに記憶される。

以上説明したように、本第２実施形態では、両電極１２１、１３２への印加高電圧として、ランプ高電圧を用いた。そして、両電極１２１、１３２間に煤が存在しない場合には、当該ランプ高電圧を、両電極１２１、１３２間における絶縁破壊（放電電圧）の発生まで経時的に上昇させるようにした。このため、両電極１２１、１３２間に煤が存在しない場合において、検出素子１００の周囲の温度や湿度が変動しても、両電極１２１、１３２間に確実に放電電圧を発生させ得る。本第２実施形態におけるその他の作用効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、本発明の実施にあたり、上記各実施形態に限ることなく、次のような種々の変形例が挙げられる。
（１）上記各実施形態にて述べた煤検出装置において、スパークプラグ型検出素子１００に代えて、基板型検出素子を採用してもよい。

ここで、この基板型検出素子は、例えば、アルミナ基板内に白金製ヒータを内蔵し、当該アルミナ基板上に、上述した両電極１２１、１３２に対応する両白金電極を対向させて設けるように構成する。そして、上記基板型検出素子を、その両白金電極にて上記排気ガス流に晒すように配置して、当該両白金電極間の煤や煤濃度を検出するようにする。これによっても、上記各実施形態と同様の作用効果が達成され得る。
（２）上記第２実施形態にて述べたランプ波形電圧に限ることなく、台形波電圧、三角波電圧、正弦波電圧或いは余弦波電圧のように徐々に経時的に上昇する波形の電圧をマイクロコンピュータ２１０によりステップ３９０にて形成し昇圧回路２４０に出力するようにしてもよい。

これによれば、当該昇圧回路２４０は、上述のように徐々に経時的に上昇する波形の電圧を昇圧し、徐々に経時的に上昇する波形の高電圧として両電極１２１、１３２に印加する。これによっても、上記第２実施形態と同様の作用効果が達成され得る。
（３）上記各実施形態にて述べた抵抗２５０に限ることなく、両電極１２１、１３２間に生ずる電圧を低下させる電気的素子であれば、どのような電気的素子を抵抗２５０に代えて採用してもよい。

また、上述した両電極１２１、１３２間の電圧、両電極１２１、１３２間の電流、静電容量或いは抵抗を、両電極１２１、１３２間に生ずる電気的出力とし、この電気的出力を適宜な電気素子で検出し、マイクロコンピュータ２１０に入力するようにしてもよい。
（４）上記各実施形態において、ステップ３５０にてＹＥＳと判定したとき、両電極１２１、１３２間に煤が存在するものとして検出するようにしてもよい。
（５）上記各実施形態にて述べたステップ３５０では、今回の検出電圧が先回の検出電圧よりも低いときにＹＥＳと判定するようにしたが、今回の検出電圧が先回の検出電圧よりも高い場合もあるため、このように、今回の検出電圧が先回の検出電圧よりも高い場合にステップ３５０にてＹＥＳと判定するようにしてもよい。
（６）上記各実施形態にて述べた検出素子１００において、外側電極１３２を陽極として用い、内側電極１２１を陰極として用いてもよい。
（７）本発明に係る煤検出装置は、ディーゼルエンジンの排気ガスのように煤を含むガスを発生するガス発生源であれば、どのようなガス発生源であっても、適用され得る。
（８）ステップ３４０において、検出電圧は、マイクロコンピュータ２１０のＲＡＭに限ることなく、適宜な外付け記憶素子に記憶するようにしてもよい。
（９）上記各実施形態にて述べた煤は、所謂スス、soot、スモークやＰＭ（Particulate Matter）をいう。
（１０）ステップ３５０においては、予め煤の有無を判定する閾値を設定しておき、両電極１２１、１３２間に高電圧を印加したときの検出電圧（或いは検出電流）が上記閾値よりも高いか否か（或いは大きいか否か）を判定することで、煤の有無を判定するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態における検出素子の側面図である。 図１の検出素子の平面図である。 上記第１実施形態における制御回路を示すブロック回路図である。 図３のマイクロコンピュータにより実行される主制御プログラムを表すフローチャートである。 図３のマイクロコンピュータにより実行される副制御プログラムを表すフローチャートである。 図３の昇圧回路から出力される矩形波高電圧を示すタイミングチャートである。 図３の抵抗から出力される検出電圧のタイミングチャートである。 上記第１実施形態における両電極間の煤濃度と放電回数との間の関係を示すグラフである。 上記第１実施形態において、両電極間の煤濃度が零である場合に単位時間の間に矩形波電圧が当該両電極間に印加される状態を示すタイミングチャートである。 上記第１実施形態において、両電極間の煤濃度が２．７（ｍｇ／ｍ³）である場合に単位時間の間に矩形波電圧が当該両電極間に印加される状態及び放電状態を示すタイミングチャートである。 上記第１実施形態において、両電極間の煤濃度が８．２（ｍｇ／ｍ³）である場合に単位時間の間に矩形波電圧が当該両電極間に印加される状態及び放電状態を示すタイミングチャートである。 上記第１実施形態において、両電極間の煤濃度が１５（ｍｇ／ｍ³）である場合に単位時間の間に矩形波電圧が当該両電極間に印加される状態及び放電状態を示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態の要部を示すフローチャートである。 上記第２実施形態において図３の昇圧回路から出力されるランプ高電圧を示すタイミングチャートである。 上記第２実施形態において図３の抵抗から出力される検出電圧のタイミングチャートである。

符号の説明

１００…スパークプラグ型検出素子、１１０…電気絶縁部材、１２１…内側電極、
１３２…外側電極、２４０…昇圧回路。

Claims (6)

1. 電気絶縁体と、この電気絶縁体に設けられる少なくとも一対の電極とを有する検出素子と、
   この検出素子が前記一対の電極にて被検出ガスに晒された状態にて、当該一対の電極間に、第１及び第２の時期にてそれぞれ電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記第１及び第２の時期における前記電圧の各印加に伴い前記一対の電極間に生ずる各電気的出力に基づき当該一対の電極間における煤の存在を判定する判定手段とを備えて、
   この判定手段による煤が存在するとの判定に伴い、前記一対の電極間の煤を検出するようにした煤検出装置。
2. 電気絶縁体及びこの電気絶縁体に設けられる少なくとも一対の電極を有する検出素子が前記一対の電極にて被検出ガスに晒された状態において、前記一対の電極間に第１及び第２の時期にてそれぞれ電圧を印加し、
   前記第１及び第２の時期における前記電圧の各印加に伴い前記一対の電極間に生ずる各電気的出力に基づき前記一対の電極間の煤の有無を検出するようにした煤検出方法。
3. 前記一対の電極間において煤が存在しない状態で絶縁破壊を生ずる電圧よりも低く定めた所定の電圧を、前記電圧として、前記第１及び第２の時期にてそれぞれ前記一対の電極間に印加するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の煤検出方法。
4. 経時的に徐々に上昇する電圧を、前記電圧として、前記第１及び第２の時期にてそれぞれ前記一対の電極間に印加し、
   前記第１及び第２の時期における前記電圧の各印加に伴い前記一対の電極間に生ずる各電気的出力が当該一対の電極間に絶縁破壊を生じさせる各電気的出力に達したときこの各電気的出力に基づき前記一対の電極間の煤の有無を検出するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の煤検出方法。
5. 所定の単位時間あたりにおける前記一対の電極間に煤有りとの検出回数に基づき、前記一対の電極間の煤濃度と前記煤有りとの検出回数との間の所定の関係から前記煤濃度を検出するようにしたことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の煤検出方法。
6. 前記一対の電極間に生ずる電圧、電流、抵抗或いは静電容量を前記電気的出力として前記一対の電極間の煤の有無を検出するようにしたことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の煤検出方法。

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